Android 面试题应用程序结构十一

🔥 Framework主要包含以下模块 🔥

ActivityManagerService 这是一个Activity的管理者，负责管理所有Activity的生命周期。
WindowManagerService 它是手机屏幕的的管理者，管理着屏幕的详细情况，所有对屏幕的操作最终都是通过它，控制着屏幕的显示、隐藏和层次处理。
ComtentProvider 内容提供者，给Android提供了一个应用访问另一个应用的数据的能力。
ViewSystem 系统试图，包括列表，网格，文本和按钮的测量、排列、绘制。 Notification
Manager 通知管理者，负责通知的管理。
PackageMangerService 包管理者，包信息的管理。
Telephoney Manager 通信管理者
Resoure Manager 资源管理者
Location Manager 位置管理者
Xmpp Manager 推送管理者

🔥 FrameWork三大核心 🔥

View.java 负责布局的排列，绘制，测量和事件分发，按键事件。

ActivityManagerService.java 管理所有应用程序的Activity等

WindowManagerService.java 给所有应用程序分配窗口，并管理这些窗口。

🔥 选择Binder的原因 🔥

Android是基于Linux内核的，所以Android要实现进程间的通信，其实大可使用linux原有的一些手段，比如管道，共享内存，socket等方式，但是Android还是采用了Binder作为主要机制，说明Binder具有无可比拟的优势。

其实进程通信大概就两个方面因素，一者性能方面，传输效率问题，传统的管道队列模式采用内存缓冲区的方式，数据先从发送方缓存区拷贝到内核开辟的缓存区中，然后再从内核缓存区拷贝到接收方缓存区，至少有两次拷贝过程，而socket都知道传输效率低，开销大，用于跨网络进程交互比较多，共享内存虽然无需拷贝。

二者这是安全问题，Android作为一个开放式，拥有众多开发者的的平台，应用程序的来源广泛，确保终端安全是非常重要的，传统的IPC通信方式没有任何措施，基本依靠上层协议，其一无法确认对方可靠的身份，Android为每个安装好的应用程序分配了自己的UID，故进程的UID是鉴别进程身份的重要标志，传统的IPC要发送类似的UID也只能放在数据包里，但也容易被拦截，恶意进攻，socket则需要暴露自己的ip和端口，知道这些恶意程序则可以进行任意接入。

综上所述，Android需要一种高效率，安全性高的进程通信方式，也就是Binder，Binder只需要一次拷贝，性能仅次于共享内存，而且采用的传统的C/S结构，稳定性也是没得说，发送添加UID/PID，安全性高。

🔥 Binder实现机制进程隔离 🔥

我们知道进程之间是无法直接进行交互的，每个进程独享自己的数据，而且操作系统为了保证自身的安全稳定性，将系统内核空间和用户空间分离开来，保证用户程序进程崩溃时不会影响到整个系统，简单的说就是，内核空间（Kernel）是系统内核运行的空间，用户空间（UserSpace）是用户程序运行的空间。为了保证安全性，它们之间是隔离的，所以用户空间的进程要进行交互需要通过内核空间来驱动整个过程。

🔥 Binder实现机制 C/S结构 🔥

Binder是基于C/S机制的，要实现这样的机制，server必须需要有特定的节点来接受到client的请求，也就是入口地址，像输入一个网址，通过DNS解析出对应的ip，然后进行访问，这个就是server提供出来的节点地址，而Binder而言的话，与传统的C/S不太一样，Binder本身来作为Server中提供的节点，client拿到Binder实体对象对应的地址去访问Server，对于client而言，怎么拿到这个地址并建立起整个通道是整个交互的关键所在，而且Binder作为一个Server中的实体，对象提供一系列的方法来实现服务端和客户端之间的请求，只要client拿到这个引用就可以或者一个有着该方法代理对象的引用，就可以进行通信了。

面向对象思想的引入将进程间通信转化为通过对某个Binder对象的引用调用该对象的方法，而其独特之处在于Binder对象是一个可以跨进程引用的对象，它的实体位于一个进程中，而它的引用却遍布于系统的各个进程之中。最诱人的是，这个引用和java里引用一样既可以是强类型，也可以是弱类型，而且可以从一个进程传给其它进程，让大家都能访问同一Server，就象将一个对象或引用赋值给另一个引用一样。Binder模糊了进程边界，淡化了进程间通信过程，整个系统仿佛运行于同一个面向对象的程序之中。形形色色的Binder对象以及星罗棋布的引用仿佛粘接各个应用程序的胶水，这也是Binder在英文里的原意。

🔥 Binder实现机制通信模型 🔥

Binder基于C/S的结构下，定义了4个角色：Server、Client、ServerManager、Binder驱动，其中前三者是在用户空间的，也就是彼此之间无法直接进行交互，Binder驱动是属于内核空间的，属于整个通信的核心，虽然叫驱动，但是实际上和硬件没有太大关系，只是实现的方式和驱动差不多，驱动负责进程之间Binder通信的建立，Binder在进程之间的传递，Binder引用计数管理，数据包在进程之间的传递和交互等一系列底层支持。

🔥 ServerManager的作用 🔥

我们知道ServerManager也是属于用户空间的一个进程，主要作用就是作为Server和client的桥梁，client可以ServerManager拿到Server中Binder实体的引用，这么说可能有点模糊，举个简单的例子，我们访问，www.baidu.com，百度首页页面就显示出来了，首先我们知道，这个页面肯定是发布在百度某个服务器上的，DNS通过你这个地址，解析出对应的ip地址，再去访问对应的页面，然后再把数据返回给客户端，完成交互。这个和Binder的C/S非常类似，这里的DNS就是对应的ServerManager，首先，Server中的Binder实体对象，将自己的引用（也就是ip地址）注册到ServerManager，client通过特定的key（也就是百度这个网址）和这个引用进行绑定，ServerManager内部自己维护一个类似MAP的表来一一对应，通过这个key就可以向ServerManager拿到Server中Binder的引用，对应到Android开发中，我们知道很多系统服务都是通过Binder去和AMS进行交互的，比如获取音量服务：
AudioManager am = (AudioManager)context.getSystemService(Context.AUDIO_SERVICE);

细心的朋友应该发现ServerManager和Server也是两个不同的进程呀，Server要向ServerManager去注册不是也要涉及到进程间的通信吗，当前实现进程间通信又要用到进程间的通信，你这不是扯犊子吗....莫急莫急，Binder的巧妙之处在于，当ServerManager作为Serve端的时候，它提供的Binder比较特殊，它没有名字也不需要注册，当一个进程使用BINDER_SET_CONTEXT_MGR命令将自己注册成SMgr时Binder驱动会自动为它创建Binder实体，这个Binder的引用在所有Client中都固定为0而无须通过其它手段获得。也就是说，一个Server若要向ServerManager注册自己Binder就必需通过0这个引用号和ServerManager的Binder通信,有朋友又要问了，server和client属于两个不同的进程，client怎么能拿到server中对象，不妨先看看下面的交互图

🔥 Binder实现机制角色的定位 🔥

Binder本质上只是提供了一种通信的方式，和我们具体要实现的内容没有关系，为了实现这个服务，我们需要定义一些接口，让client能够远程调用服务，因为是跨进程，这时候就要设计到代理模式，以接口函数位基准，client和server去实现接口函数，Server是服务真正的实现，client作为一个远程的调用。

从Server进程来看，Binder是存在的实体对象，client通过transact()函数，经过Binder驱动，最终回调到Binder实体的onTransact()函数中。
从 Client进程的角度看，Binder 指的是对 Binder 代理对象，是 Binder 实体对象的一个远程代理，通过Binder驱动进行交互

🔥 Handler 简介🔥

Handler是Android消息机制的上层接口。通过它可以轻松地将一个任务切换到Handler所在的线程中去执行。通常情况下，Handler的使用场景就是 更新UI。

🔥 Handler的使用 🔥

在子线程中，进行耗时操作，执行完操作后，发送消息，通知主线程更新UI。

public class Activity extends android.app.Activity {
    private Handler mHandler = new Handler(){
        @Override        
                public void handleMessage(Message msg) {
            super.handleMessage(msg);
            // 更新UI
        }
    }
    ;
    @Override    
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState, PersistableBundle persistentState) {
        super.onCreate(savedInstanceState, persistentState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        new Thread(new Runnable() {
            @Override            
                         public void run() {
                // 执行耗时任务                ...                
                // 任务执行完后，通知Handler更新UI                
                Message message = Message.obtain();
                message.what = 1;
                mHandler.sendMessage(message);
            }
        }
        ).start();
    }
}

🔥 Handler架构 🔥

Handler消息机制主要包括： MessageQueue、 Handler、 Looper这三大部分，以及 Message。

Message：需要传递的消息，可以传递数据；
MessageQueue：消息队列，但是它的内部实现并不是用的队列，而是通过单链表的数据结构来维护消息列表，因为单链表在插入和删除上比较有优势。主要功能是向消息池投递消息（ MessageQueue.enqueueMessage）和取走消息池的消息（ MessageQueue.next）。
Handler：消息辅助类，主要功能是向消息池发送各种消息事件（ Handler.sendMessage）和处理相应消息事件（ Handler.handleMessage）；
Looper：消息控制器，不断循环执行（ Looper.loop），从MessageQueue中读取消息，按分发机制将消息分发给目标处理者。

从上面的类图可以看出：

Looper有一个MessageQueue消息队列；
MessageQueue有一组待处理的Message；
Message中记录发送和处理消息的Handler；
Handler中有Looper和MessageQueue。

🔥 MessageQueue、Handler和Looper三者之间的关系 🔥

每个线程中只能存在一个Looper，Looper是保存在ThreadLocal中的。主线程（UI线程）已经创建了一个Looper，所以在主线程中不需要再创建Looper，但是在其他线程中需要创建Looper。每个线程中可以有多个Handler，即一个Looper可以处理来自多个Handler的消息。 Looper中维护一个MessageQueue，来维护消息队列，消息队列中的Message可以来自不同的Handler。

🔥 Handler的运行流程 🔥

在子线程执行完耗时操作，当Handler发送消息时，将会调用 MessageQueue.enqueueMessage，向消息队列中添加消息。当通过 Looper.loop开启循环后，会不断地从消息池中读取消息，即调用 MessageQueue.next，然后调用目标Handler（即发送该消息的Handler）的 dispatchMessage方法传递消息，然后返回到Handler所在线程，目标Handler收到消息，调用 handleMessage方法，接收消息，处理消息。

🔥 源码分析在子线程创建Handler 🔥

class LooperThread extends Thread {
    public Handler mHandler;
    public void run() {
        Looper.prepare();
        mHandler = new Handler() {
            public void handleMessage(Message msg) {
                // process incoming messages here
            }
        }
        ;
        Looper.loop();
    }
}
从上面可以看出，在子线程中创建Handler之前，要调用 Looper.prepare()方法，Handler创建后，还要调用 Looper.loop()方法。而前面我们在主线程创建Handler却不要这两个步骤，因为系统帮我们做了。

🔥 源码分析主线程的Looper 🔥

在ActivityThread的main方法，会调用 Looper.prepareMainLooper()来初始化Looper，并调用 Looper.loop()方法来开启循环。

public final class ActivityThread extends ClientTransactionHandler {
    // ...    
    public static void main(String[] args) {
        // ...        
        Looper.prepareMainLooper();
        // ...        
        Looper.loop();
    }
}

🔥 源码分析 Looper 🔥

从上可知，要使用Handler，必须先创建一个Looper。

初始化Looper：

public final class Looper {
    public static void prepare() {
        prepare(true);
    }
    private static void prepare(Boolean quitAllowed) {
        if (sThreadLocal.get() != null) {
            throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
        }
        sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
    }
    public static void prepareMainLooper() {
        prepare(false);
        synchronized (Looper.class) {
            if (sMainLooper != null) {
                throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
            }
            sMainLooper = myLooper();
        }
    }
    private Looper(Boolean quitAllowed) {
        mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
        mThread = Thread.currentThread();
    }
    // ...
}

从上可以看出，不能重复创建Looper，每个线程只能创建一个。创建Looper，并保存在 ThreadLocal。其中ThreadLocal是线程本地存储区（Thread Local Storage，简称TLS），每个线程都有自己的私有的本地存储区域，不同线程之间彼此不能访问对方的TLS区域。

🔥 源码分析开启Looper 🔥

public final class Looper {
    // ...    
    public static void loop() {
        // 获取TLS存储的Looper对象        
        final Looper me = myLooper();
        if (me == null) {
            throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
        }
        final MessageQueue queue = me.mQueue;
        // 进入loop主循环方法        
        for (;;) {
            Message msg = queue.next();
            // 可能会阻塞，因为next()方法可能会无线循环            
            if (msg == null) {
                // No message indicates that the message queue is quitting.                
                return;
            }
            // This must be in a local variable, in case a UI event sets the logger            
            final Printer logging = me.mLogging;
            if (logging != null) {
                logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +                        
                                                msg.callback + ": " + msg.what);
            }
            // ...            
            final long dispatchStart = needStartTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;
            final long dispatchEnd;
            try {
                // 获取msg的目标Handler，然后分发Message                
                msg.target.dispatchMessage(msg);
                dispatchEnd = needEndTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;
            }
            finally {
                if (traceTag != 0) {
                    Trace.traceEnd(traceTag);
                }
            }
            // ...            
            msg.recycleUnchecked();
        }
    }
}

🔥 源码分析创建Handler 🔥

public class Handler {
    // ...    
    public Handler() {
        this(null, false);
    }
    public Handler(Callback callback, Boolean async) {
        // ...        
        // 必须先执行Looper.prepare()，才能获取Looper对象，否则为null        
        mLooper = Looper.myLooper();
        if (mLooper == null) {
            throw new RuntimeException(                
                  "Can't create handler inside thread " + Thread.currentThread()                        
                  + " that has not called Looper.prepare()");
        }
        mQueue = mLooper.mQueue;
        // 消息队列，来自Looper对象        
        mCallback = callback;
        // 回调方法        
        mAsynchronous = async;
        // 设置消息是否为异步处理方式
    }
}

🔥 源码分析发送消息 🔥

子线程通过Handler的post()方法或send()方法发送消息，最终都是调用 sendMessageAtTime()方法。

post 方法

public final Boolean post(Runnable r){
    return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);
}
public final Boolean postAtTime(Runnable r, long uptimeMillis){
    return sendMessageAtTime(getPostMessage(r), uptimeMillis);
}
public final Boolean postAtTime(Runnable r, Object token, long uptimeMillis){
    return sendMessageAtTime(getPostMessage(r, token), uptimeMillis);
}
public final Boolean postDelayed(Runnable r, long delayMillis){
    return sendMessageDelayed(getPostMessage(r), delayMillis);
}
private static Message getPostMessage(Runnable r) {
    Message m = Message.obtain();
    m.callback = r;
    return m;
}

send方法

public final Boolean sendMessage(Message msg){
    return sendMessageDelayed(msg, 0);
}
public final Boolean sendEmptyMessage(int what){
    return sendEmptyMessageDelayed(what, 0);
}
public final Boolean sendEmptyMessageDelayed(int what, long delayMillis) {
    Message msg = Message.obtain();
    msg.what = what;
    return sendMessageDelayed(msg, delayMillis);
}
public final Boolean sendEmptyMessageAtTime(int what, long uptimeMillis) {
    Message msg = Message.obtain();
    msg.what = what;
    return sendMessageAtTime(msg, uptimeMillis);
}
public final Boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis){
    if (delayMillis < 0) {
        delayMillis = 0;
    }
    return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
}
sendMessageAtTime()
public Boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {
    MessageQueue queue = mQueue;
    if (queue == null) {
        RuntimeException e = new RuntimeException(            
                  this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
        Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
        return false;
    }
    return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
}
private Boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
    msg.target = this;
    if (mAsynchronous) {
        msg.setAsynchronous(true);
    }
    return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

🔥 源码分析分发消息 🔥

在loop()方法中，获取到下一条消息后，执行 msg.target.dispatchMessage(msg)，来分发消息到目标Handler。

public class Handler {
    // ...    
    public void dispatchMessage(Message msg) {
        if (msg.callback != null) {
            // 当Message存在回调方法，调用该回调方法            
            handleCallback(msg);
        } else {
            if (mCallback != null) {
                // 当Handler存在Callback成员变量时，回调其handleMessage()方法                
                if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                    return;
                }
            }
            // Handler自身的回调方法            
            handleMessage(msg);
        }
    }
    private static void handleCallback(Message message) {
        message.callback.run();
    }
}